微塑料与天然溶解有机质中重金属触发的分子转化差异及其生态风险

本研究针对水体中重金属(HMs)与溶解有机质(DOM)的交互作用机制不明的问题，通过对比天然DOM(N-DOM)与微塑料源DOM(MP-DOM)对Cd、Cr、Cu、Pb的响应差异，结合FT-ICR-MS、2D-COS等先进技术，揭示MP-DOM更易被Cr氧化降解为苯酚等小分子污染物的风险，为共污染水域治理提供分子层面依据。

　　

随着全球塑料污染加剧，每年约480万吨微塑料(MPs)进入水体，与采矿、工业排放的重金属(HMs)形成复杂共污染体系。溶解有机质(DOM)作为环境中最活跃的化学组分，其天然来源(N-DOM)与微塑料来源(MP-DOM)对HMs的响应机制差异尚不明确，这直接关系到污染物的迁移转化与生态风险评估。西北农林科技大学资源环境学院的研究团队在《Environmental Science and Ecotechnology》发表的研究，通过多尺度分析揭示了二者分子转化的显著差异。

研究采用紫外老化模拟自然环境制备MP-DOM，结合荧光淬灭滴定、傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)等技术，系统比较了渭河湿地采集的N-DOM（水体SY-DOM、沉积物CJ-DOM、土壤TR-DOM）与三种MP-DOM（聚丙烯PP-DOM、聚乙烯PE-DOM、聚氯乙烯PVC-DOM）对Cd、Cr、Cu、Pb的响应特征。通过二维相关光谱(2D-COS)解析功能基团动态序列，结合质量差异网络分析和密度泛函理论(DFT)计算，阐明了分子转化路径。

3.1 DOM特性分析
SEM和FTIR证实UV老化使MPs表面产生裂纹并增加含氧基团。N-DOM含46-57%类腐殖质和55-65%木质素类化合物，而MP-DOM以13-24%蛋白质/酚类物质为主。Van Krevelen图显示MP-DOM中缩合芳香族(12-29%)和蛋白质/脂肪族(9-12%)化合物占比显著高于N-DOM。

3.2 荧光响应行为
PARAFAC模型识别出N-DOM的4种荧光组分（C1-C4）和MP-DOM的3种组分（C5-C7）。Cr使MP-DOM荧光淬灭率达96%，远高于N-DOM的53%。Stern-Volmer模型计算显示N-DOM与Cu的络合稳定常数(LogK=4.9)最高，而MP-DOM与Cr的络合物最不稳定。

3.3 分子水平反应机制
2D-FTIR-COS发现N-DOM优先通过多糖C-O键(1037 cm^-1)结合HMs，MP-DOM则通过羧基(1704 cm^-1)响应。FT-ICR-MS揭示Cr触发MP-DOM产生C₁₃-C₂₂小分子，而N-DOM保留C₁₇-C₂₈大分子结构。DFT计算证实4-羟基二苯甲酮(E_HOMO=-6.5 eV)等MP-DOM化合物易水解为苯酚(ΔG=-28.8 kJ/mol)。

该研究首次从分子尺度阐明MP-DOM在HM胁迫下更易降解为有毒小分子的机制，揭示了传统风险评估可能低估MPs与HMs协同效应的风险。研究结果为制定共污染水域管理策略提供了关键理论支撑，对全球塑料污染治理具有重要启示意义。